电气和电子设备已经成为现代生活和便利必不可少的组成部分。它们有很多种形式,可以在家庭、工厂和汽车中找到,这只是其中的一小部分。不幸的是,经历循环振动或热变化的电子设备在两个金属表面接触时很容易受到微动腐蚀,例如在电气端子和接触处。防止微动是最好的解决方案,但在不可避免的运动情况下,也有防止微动腐蚀发生的方法。(关于在设计和制造阶段防止腐蚀的讨论可以在文章中找到控制电子设备的腐蚀)。
电气设备中的连接器和端子
连接器和端子用于在独立的电气子系统之间提供分立的连接。它们允许流动当前的并在系统内完成必要的电路。由于维护、升级、更换部件和制造方便等原因,离散连接是必要的。然而,当配对时,连接不应该产生不必要的或过多的电阻这可能会导致功率损失、信号失真或部件故障。
元件之间的连接自然产生一种叫做收缩阻力的阻力。收缩阻力的产生是因为,在微尺度上,所有的接触表面都是天生的粗糙。这意味着电流不是通过光滑的表面,而是通过非常小的接触点在接触点之间传递的微米直径)称为表面微凸体.这些通过粗糙点接触的小区域是在系统中产生固有阻力的地方。虽然不能完全消除缩窄阻力,但在连接界面及其周围的微凸点处的腐蚀会使其恶化。电触点最常见的腐蚀类型是接触腐蚀.
什么是微动腐蚀?
微动腐蚀是一种由运动引起的腐蚀,当金属表面相互接触时受到微小(大约几十微米)的重复运动时,会导致氧化磨损和碎屑的堆积。这些微小的担忧运动可能是由于振动、热胀/收缩或机械和热冲击.
为了说明目的,让我们考虑两个废料直接接触的电连接器。当暴露在潮湿和氧气中,锡会自然形成一种保护层氧化层很硬很脆。当最初接触时,氧化锡层将在施加的载荷下开裂,因为它的脆性,暴露下的新鲜锡。在施加的载荷下,下面的锡会强行穿过氧化锡层的裂缝,在表面接触,从而形成稳定的电气连接。
如果接触界面移动,新的表层将暴露在大气中并迅速形成另一氧化锡层。同时,在新的接触位置,氧化锡层开裂,暴露下面的锡,使另一个稳定的连接。这个循环每次在接触位置有运动时重复。持续的微观运动(微动)最终会导致绝缘氧化物碎片的积累,这将显著减少有效接触面积(或粗糙点)的数量,增加绝缘氧化物碎片接触电阻.
由于腐蚀积聚而增加的接触电阻会导致各种电气设备的性能差和故障。在小电流电路中,增加的电阻会导致频繁的下降,甚至中断电信号。然而,在大电流电路中,这些微小的增加可能导致过热,最终导致设备故障。
控制电气设备微动腐蚀的方法
有许多措施可以减轻微动腐蚀的影响,可分为两种途径:微动运动预防和腐蚀预防。
防止接触运动
形成微动腐蚀所需的部件之一是运动。限制移动防止完整的连接器金属暴露在大气中,从而减少氧化物碎片的积聚。实现这一点的最有效的方法之一是通过使用高接触力之间的接触,这提供了机械稳定性通过增加摩擦并有助于抵消烦躁情绪。
然而,应该注意的是,增加接触力会导致磨损加剧tribocorrosion在连接器完全磨损之前,可以有效地减少接触次数。此外,如果高接触力不足以限制微动运动,则可能会增加微动腐蚀和接触退化的速率。因此,重要的是所使用的接触力适合于期望的微动运动。
防止或减少微动的其他方法包括使用额外的夹具或托架来减少连接器的移动,使用海豹抑制振动和防止空气/氧气侵入,或使用工程方法来调整接触面之间的相对运动。
防止电气连接之间的微动腐蚀
如果微动运动不能被限制,可以采取措施防止与这些微观运动有关的腐蚀。最常用和有效的方法是在接触面之间涂上润滑剂。润滑剂以两种方式提供保护:第一,通过减少接触面之间的摩擦,从而最大限度地降低随着时间的推移接触磨损率;第二,作为屏障,防止空气和湿气接触电气端子或接口。
当使用润滑剂时,在污垢或灰尘浓度高的地区可能会出现潜在的问题。有些润滑剂有保留灰尘颗粒的倾向,这些灰尘颗粒会增加界面的“粗糙度”,并最终导致微动腐蚀。
还可以通过使用镀金或镀银的触点和端子来实现防腐。黄金和白银都是贵金属,这意味着它们具有天然的抗氧化和抗腐蚀能力。(有关贵金属的更多信息,请参阅电偶系列简介:电偶相容性与腐蚀)。尽管非常有效,电镀触点在多次配合循环后可能会磨损,再次使连接器容易腐蚀。因此,电镀触点可能需要定期维护,以确保最大限度的使用性能。
结论
微动腐蚀是电气端子和触点常见的腐蚀问题。有许多具有成本效益的预防解决方案,大大超过更换或维修的成本。确定微动的驱动力至关重要;然而,选择合适的解决方案是很重要的,因为不正确的解决方案可能无效,或者在某些情况下实际上增加了微动腐蚀的速度。